大模型高效训练一体框架 LLaMA Factory

导读 本文将分享如何基于 LLaMA Factory 实现大模型高效训练。

主要内容包括以下几大部分：

1. 大模型低资源训练技术总览

2. LLaMA Factory 整体介绍

3. LLaMA Factory 快速入门

4. LLaMA Factory 性能调优

5. LLaMA Factory 应用案例

6. Q&A

分享嘉宾｜郑耀威 北京航空航天大学 研究员

编辑整理｜王红雨

内容校对｜李瑶

出品社区｜DataFun

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大模型低资源训练技术总览

在资源有限的情况下，实现高效训练大语言模型变得极具挑战。

以 LLaMA-3 8B 为例，其采用纯解码器结构，包含 32 层 Decoder 单元，每层由 Attention 和 MLP 两个核心组件构成，本质上是深度神经网络，隐藏层大小分别为 4096 维和 14336 维。因为维度较大，在前向传播和反向计算梯度时就需要较多的显存。GQA 查询注意力头数和键值注意力头数分别为 32 和 8。词表大小提升到了 128000，词表增大意味着可以编码更多 token，但随之也会增大显存的使用。以上 6 个数字就定义出了模型的显存结构。

另外，在训练时还会有另外两个数字，一个是批处理大小，假设值为 4，也就是每次喂给模型 4 个样本，并假设这些样本的序列长度为 8192。

通过以上数字就可以估算出模型训练时的显存占用。首先，可以计算出参数数量为 80 亿个。除了参数占用显存，还要存一些中间计算结果，也会占用显存，这部分又分为中间激活值、注意力分数和模型输出三类。如上图所示，这四类数字加起来已超过千亿，甚至可达到万亿级别，就需要上百 GB 的显存。

将以上数字转变为字节数，以 bfloat16 的精度存储模型权重，这样模型权重需占用显存约为 16GB。除此之外，模型参数、梯度和优化器状态一共会占用约 128GB 的显存，而激活值则需要 764GB。总共加起来需要近 1000GB 的显存，供 8B 模型训练。这一数量是不可接受的，因此需要一些优化策略来降低显存占用。

针对模型参数的优化有三种思路：

• 量化：以更低的精度来表示模型参数。

• 分块：将显存占用分摊到多个 GPU 上，可以使用 ZeRO3 或 FSDP 策略，或采用张量并行的方式。

• 卸载：放到 CPU 上存储，用的时候再拿到 GPU，这样可以将 GPU 显存占用降到很小，但可能会影响训练速度。

除了参数优化，还有梯度和优化器的优化。首先也可以做量化，使用 8-bit 优化器，可以将显存占用降低到原来的四分之一左右。最流行的方式是采用 LoRA 方法，即降低梯度和优化器的显存，采用矩阵分解的方式，使用低秩矩阵来模拟高秩矩阵，从而将显存占用降至原来的百分之一甚至更小，优化效果显著。类似的还有 Facebook 提出的 GaLore 方法。除此之外，还可以采用 Sampling 的方式，每次只优化一部分参数，主要算法包括 LOMO、Spectrum 等，其中 Badam 效果也非常好。梯度和优化器也可以分块，分摊至多张显卡，可以利用 ZeRO2 或 FSDP 策略，也可以使用张量并行。

最后再来讲一下激活值的优化方式。首先，分块计算，利用 Flash Attention 组件，可以将注意力分数优化至接近于 0 的大小。还可以利用 Fused CE 来对概率分布进行优化。重计算的另一个算法是 Checkpointing，其核心思路是时间换空间。最后一个方法是将激活值卸载到 CPU 上，可以进一步将显存占用从 bsh(l+1)降低至 2bsh。

假设模型参数采用量化策略，梯度/优化器采用 LoRA 策略，激活值采用上述所有方法，优化后总共仅用不到 10GB 的显存就可以完成 LLaMA-3 8B 模型的训练。可见上述方法的优化效果非常显著，然而要实现这些优化也并非易事，涉及复杂的编码和操作。因此我们提出了 LLaMA-Factory 框架。

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LLaMA-Factory 整体介绍

LLaMA-Factory 集成了众多优化方法，使用时不再需要繁琐的代码编写，仅需在网页上操作即可实现算法调用。

框架结合了前面提到的 Flash Attention、GPTQ 作为核心算子，还集成了 LoRA 及其各种变体。基于这些算法，提供了大模型预训练、SFT、RLHF、DPO、SimPO 等优化策略，可以运行于 NVIDIA、Ascend、AMD 以及 Mac 等硬件之上。核心产品名为 LLaMA Board，通过可视化界面可实现零代码的模型微调。

LLaMA Board 提供了四种语言，支持 300 多种模型，包括单模态的 LLaMA、Qwen，以及多模态的 LLaVA、Qwen-VL 等。平台集训练、评估于一体，提供了训练、评估、对话以及导出四种模式。用户可以根据需要选择数据集，并可视化地配置参数。可一键启动或暂停训练，启动后可实时观察训练损失曲线和训练进度。LLaMA Board 是完全开源的，可以从 GitHub 上下载，也可以看到源代码以便于进行定制开发。

在今年一年的时间中，LLaMA 不断升级，一共发布了 5 个大版本，加入了更多模型，适配了更多设备，并不断提升训练速度。

LLaMA-Factory 获得了社区非常的积极反馈，在 GitHub 已收获逾 35000 颗星标，成为微调框架中热门项目。并且被广泛应用于英伟达、亚马逊 AWS、腾讯云、阿里云等知名产品中，在业界受到了高度认可。已汇聚超 100 名贡献者，共同推进框架完善与功能丰富。

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LLaMA-Factory 快速入门

大家通常会选择从指令模型开始，进行指令微调（SFT）。指令微调是初学者容易掌握的训练方法，适合那些刚开始接触大模型训练的新手。可以采用开源数据集，如 OpenHermes、AlignAnything、InfinityInstruct，训练模型，使其能够遵从人类指令，进行多轮对话，或执行复杂任务，拓展原有模型的功能边界。

在此基础上，可以尝试偏好学习或增量预训练。

对于高阶用户，也可以不使用 Web UI，而是通过命令行来进行操作。

开始训练之前需要关注数据构建，包括样本的收集、合成和增广。可以利用大模型去合成数据，比如将原来的非多轮对话数据改写为多轮对话。

根据任务难度选取模型，难度较小，比如只是做客服，就可以用 2B、7B 的模型，如果任务很难，就要选择较大的模型。另外，算法的选择要参考硬件资源情况，比如在硬件有限的情况下可以选择 LoRA 的方法，而硬件充足时则可以选择全量微调。

评估测试时，可以利用 LLaMA-Factory 自带的评估样例，也可以进行人工评测，来验证模型效果。

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LLaMA-Factory 性能调优

在 LLaMA-Factory 的最新版本中，引入了高性能算子，来实现低显存上更高速度的训练。使用–enable_liger_kernel 以及–use_unsloth_gc 命令，就可以调用 Liger SwiGLU 和 Liger RMS Norm 算子。

从上图中可以看到，使用上述算子后，可以将样本最大长度从 4k 扩展到 32k，LoRA 微调样本甚至可以扩展到 64k。使用一张 40GB 的显卡就可以训练一个 8B 64k 的模型。

同时，还可以提升硬件利用率，从平均的 33% 升至 60%，节省了一半的训练时间，优化明显。

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LLaMA-Factory 应用案例

最后通过实际案例来说明如何使用 LLaMA-Factory 框架。

例如，实现一个 AI 导游。首先数据构造阶段，从互联网中抓取了一些图文对，并通过模版构造出一些基础问答对。进一步需要做数据增强，基于最初构造出的几十条数据进行扩充，以便更好地训练模型。我们调用大模型合成风格化数据，让大模型扮演不同的角色，重写数据，这样得到了几百条数据。

我们利用这几百条数据去做 Qwen2-VL 2B 的全参微调。上图中可以看到，微调的损失函数是平缓下降的，可以拟合到一个非常低的水平。

上图中可以看到，原始模型给出的是一个错误答案，而微调后模型可以做出正确回答，并给出相关介绍。关于幻觉问题，建议在数据构建时混合一些通用样本数据，有助于提升模型准确率。

以上就是本次分享的内容，谢谢大家。

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Q&A

Q1：可视化界面是否支持多卡训练？

A1：在 0.8 版本中已加入多卡训练功能，支持 GPU、NPU 及 AMD 设备，可在界面选择多卡训练。特别针对华为 920B3 完美适配，轻松安装无需额外配置即可使用。推荐使用提供的 Docker 镜像建立计算环境。

Q2：如何构造 Agent 微调数据？

A2：Agent 微调数据应考虑多轮对话的不同角色，如 User Assistant、Function Call、Observation 等，可参照 Readme 文档中指定的格式构建。

Q3：是否使用 Deep Speed 进行底层训练？

A3：当前主要采用 Deep Speed 与 FSDP 方式，以确保更广泛的模型兼容性。模型并行通过 Deep Speed ZeRO3 实现多显卡分配，已完成对 Deep Speed ZeRO3 的良好适配。

Q4：是否支持多节点训练？

A4：Web UI 方式支持多卡训练，但对于多节点训练更推荐使用命令行，更为稳定，但 Web UI 环境下配置好环境变量也可实现。

Q5：样本合成与微调模型能否不同？

A5：完全可行，可选用较智能的 GPT 模型合成样本；微调时可以选择开源小型模型，降低成本的同时保持良好效果。

Q6：数据集添加为何要求 JSON 格式？

A6：JSON 格式规范化数据结构，尽管需额外步骤，但确保数据一致性与模型训练的标准化。

以上就是本次分享的内容，谢谢大家。